Группа МЖКХ 1 Физика 4 июня Тема 15. Производство, передача, использование электрической энергии.
учебно-методический материал по физике

ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 Производится электроэнергия на электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов. Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические. Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы. Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания. Тепловые паротурбинные электростанции - ТЭС наиболее экономичны. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром. Тепловые электростанции — ТЭЦ позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд. В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%. В России ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают электроэнергией сотни городов.

На гидроэлектростанциях - ГЭС для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды. Роторы электрических генераторов приводятся во вращение гидравлическими турбинами. Мощность такой станции зависит от создаваемого плотиной напора и массы воды, проходящей через турбину в каждую секунду.

Гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.

Атомные электростанции - АЭС в России дают около 10% электроэнергии. Использование электроэнергии Главным потребителем электроэнергии является промышленность - 70% производимой электроэнергии. Крупным потребителем является также транспорт. Большая часть используемой электроэнергии сейчас превращается в механическую энергию, т.к. почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электрическими двигателями.

ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Электроэнергию не удается консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния. Передача электроэнергии связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля — Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой где R — сопротивление линии, U — передаваемое напряжение, Р — мощность источника тока. При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной. Значительно снизить сопротивление линии R практически весьма трудно, поэтому приходится уменьшать силу тока I. Так как мощность источника тока Р равна произведению силы тока I на напряжение U, то для уменьшения передаваемой мощности нужно повысить передаваемое напряжение в линии передачи. Для этого на крупных электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока. Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Генераторы переменного тока настраивают на напряжения, не превышающие 16—20 кВ.

Для непосредственного использования электроэнергии потребителем необходимо понижать напряжение. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. Понижение напряжения (и соответственно увеличение силы тока) осуществляются поэтапно. При очень высоком напряжении между проводами может начаться разряд, приводящий к потерям энергии. Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть такой, чтобы при заданной площади поперечного сечения провода потери энергии вследствие разряда были незначительными. Электрические станции объединены высоковольтными линиями электропередачи, образуя общую электрическую сеть, к которой подключены потребители. Такое объединение, называемое энергосистемой, дает возможность распределять нагрузки потребления энергии. Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям. Сейчас в нашей стране действует Единая энергетическая система европейской части страны.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя основными способами. Первый — строительство новых мощных электростанций: тепловых, гидравлических и атомных. Однако строительство крупной электростанции требует нескольких лет и больших затрат. Кроме того, тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: уголь, нефть и газ. Одновременно они наносят большой ущерб равновесию на нашей планете. Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом. Второй - эффективное использование электроэнергии: современные люминесцентные лампы, экономия освещения. Большие надежды возлагаются на получение энергии с помощью управляемых термоядерных реакций. Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не повышению мощности электростанций.

Трансформаторами тока (ТТ) принято называть электротехнические устройства, предназначенные для трансформирования величин токов (с больших на меньшие) до требуемых значений, с целью подключения приборов измерения, устройств РЗиА. Трансформаторы тока получили широкое применение в энергетике и являются составным элементом любой электростанции или подстанции.

Установка в силовых электроустановках трансформаторов низкой мощности позволяет также обезопасить производство работ, поскольку их использование разделяет цепи высокого / низкого напряжения, упрощает конструктивное исполнение дорогостоящих измерительных приборов, реле.

Трансформаторы тока конструктивно состоят из:

замкнутого магнитопровода;

2-х обмоток (первичной, вторичной).

Первичная обмотка включается последовательно, таким образом, сквозь нее протекает полный ток нагрузки. А вторичная — замыкается на нагрузку (защитные реле, расчетные счетчики и пр.), что позволяет создавать прохождение по ней тока, величина которого пропорциональна величине тока первичной обмотки.

Традиционно трансформаторы тока выпускают с несколькими группами вторичных обмоток, одна из которых предназначена для подключения аппаратов защиты, другие – для включения приборов контроля, диагностики и учета.

Трансформаторы тока ТОЛ-НТЗ-10-01

Производитель ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов», предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в комплектных устройствах внутренней и наружной установки (КРУ, КРУН, КСО) переменного тока на класс напряжения до 10 кВ и являются комплектующими изделиями.

Трансформаторы изготавливаются в виде опорной конструкции, в климатических исполнениях «УХЛ» и «Т», категории размещения «2» по ГОСТ 15150-69.

Рабочее положение трансформатора в пространстве – любое.

Трансформаторы работают в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений.

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока принято классифицировать по следующим признакам:

В зависимости от назначения их разделяют на:

защитные;

измерительные;

промежуточные, используемые для подключения устройств измерения в токовые цепи, выравнивания токов в системах диф. защит и т. п.);

лабораторные.

По типу установки разделяют устройства:

наружной установки (размещаемые в ОРУ);

внутренней установки (размещаемые в ЗРУ);

встроенные в электрические машины, коммутационные аппараты: генераторы, трансформаторы, аппараты и пр.;

накладные — устанавливаемые сверху на проходные изоляторы;

переносные (для лабораторных испытаний и диагностических измерений).

Исходя из конструктивного исполнения первичной обмотки ТТ разделяют на:

многовитковые (катушечные, с обмоткой в виде петли или восьмерки);

одновитковые;

шинные.

По способу исполнения изоляции ТТ разбивают на устройства:

с сухой изоляцией (из фарфора, литой изоляции из эпоксида, бекелита и т. п.);

с бумажно-масляной либо конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;

имеющие заливку из компаунда.

По количеству ступеней трансформации ТТ бывают:

одноступенчатые;

двухступенчатые (каскадные).

Исходя из номинального напряжения различают:

ТТ с номинальным напряжением — выше 1 кВ;

ТТ с напряжением – до 1 кВ.